Appunti corso Tecnologia meccanica e qualità (parte 3/4)

Dalla temperatura di colata alla temperatura ambiente si incontrano tre ritiri differenti:

1. durante il raffreddamento in fase liquida (V_TC - V_TL)
2. durante la fase di solidificazione (V_TL - V_TS)
3. durante il raffreddamento in fase solida (V_TS - V_TA)

V_spec: volume specifico

Si vede che ci sono diversi contributi: al ritiro

Si può compensare il ritiro in due modi:

1. Compensazione applicata in fase liquida e in fase di solidificazione
2. Compensazione applicata in fase solida

Ha senso aggiungere del materiale liquido per riempire i vuoti creati dal ritiro

1) Posizione dei magazzini di materiale che deve rimanere liquido per tutta la solidificazione

=> Materozza = accorgimento tecnologico che consente di compensare il ritiro nelle prime due fasi

2) Quando il materiale è solido, aggiungere di liquido non ha molto senso

=> si cerca di sovradimensionare la cavità per fare in modo che il solo ritiro in fase solida mi porta alla fine (temperatura ambiente) il getto ad avere la forma desiderata.

Come si misura il ritiro

Il ritiro viene quantificato in due modi differenti.

• o attraverso il ritiro volumetrico percentuale:

r_v = V_TC - V_TS / V_TC

• o attraverso il ritiro lineare percentuale partendo dalla variazione di lunghezza di un’ unica dimensione del pezzo:

r_L = L_TS - L_TA / L_TS

Per il ritiro in fase liquida e di solidificazione si usa il primo, per il ritiro in fase solida il secondo.

Metodo di Caine o Diagramma di Caine

Metodo che si usa per dimensionare le materozze.

Il metodo basato sul diagramma di Caine utilizza un grafico riportante in ascisse e ordinata i due rapporti:

X = _Mm/_Mp Y = _Vm/_Vp

dove M_p è il modulo della parte cui è collegata la materozza e V_p è il volume della parte del getto alimentata dalla materozza.

Sperimentalmente è stata ricavata la curva che divide il piano in zone dove i pezzi sono rispettivamente “buoni” e “non buoni”.

Operativamente si sceglie un punto (X₀, Y₀) nella zona dei pezzi buoni e si ricava il sistema

M_m = X₀M_p

V_m = Y₀V_p

• b: contrazione in fase L-S del metallo (da T_c a T_s).
• c: velocità di raffreddamento relativa materozza-terra vs getto-terra.
• a: costante sperimentale (0.1 per gli acciai).

y = _a/_x − c + b

Non sempre si avranno geometrie note.

(uso di tabulati)

Difetti del processo di fonderia svolto erroneamente

I parametri che influiscono sulla qualità finale del grezzo di fonderia sono numerosi.

I difetti tipici sono:

• escrescenze metalliche
• cavità
• soluzioni di continuità
• superfici difettose
• pezzi incompleti

Escrescenze metalliche

• Difetto: bave di piccolo spessore e dimensioni limitate
• Cause: giochi negli accoppiamenti, eccessiva temperatura di colata

Vogliamo ottenere quello che si chiama guscio di materiale refrattario fortemente indurito.

Il guscio presenta un maggior isolamento termico rispetto alla forma in terra ed è costituito da:

• sabbia di quarzo a grani tondi pre-rivestita
• resina termoindurente (es. fenolica)

Vantaggi

• buone tolleranze e finiture
• spessori sottili (min 1,5 ÷ 2,5 mm)
• impiegato anche per la fabbricazione delle ANIME
• applicazioni in medie e grandi serie

Limitazioni

• getti di limitate dimensioni (< 20 kg)

Microfusione

È un processo molto diffuso e interessante; è adatto per pezzi medio piccoli che possono presentare una complessità geometrica estremamente elevata.

Il vantaggio della microfusione sta nel fatto che si ottengono finiture superficiali molto buone.

Colata in conchiglia

Le problematiche sono le stesse viste per la formatura in terra, ovvero sformi, ritiro, sovrametallo, ...

La forma è ottenuta all'interno di stampi in metallo che, quindi, possono essere utilizzati più e più volte.

La colata può ancora avvenire per semplice immissione del metallo liquido nella forma, oppure tramite spinta del metallo stesso nella forma.

Nel primo caso si parla di colata per gravità, nel secondo di colata sotto pressione.

Colata per gravità

• A. con anime in terra
• B. con anime metalliche

Processo

• Colata in terra
• Colata in guscio
• Modello a perdere
• Forma in gesso
• Forma in ceramico
• Cera persa
• Forma permanente
• Pressocolata
• Colata centrifuga

Vantaggi

• Quasi tutti i metalli possono essere colati; nessun limite di dimensione, forma o peso; bassi costi delle forme.
• Buona accuratezza dimensionale e finitura superficiale; elevata produttività.
• La maggior parte dei metalli possono essere colati senza limitazioni in dimensioni; forme complesse.
• Forme complesse; buona accuratezza dimensionale e finitura superficiale; bassa porosità.
• Forme complesse; tolleranza strette; buona finitura superficiale.
• Forme complesse; eccellente finitura superficiale ed accuratezza dimensionale; quasi tutti i metalli possono essere colati.
• Buona finitura superficiale e accuratezza dimensionale; bassa porosità; elevata produttività.
• Eccellente finitura superficiale e accuratezza dimensionale; elevata produttività.
• Grandi componenti cilindrici di buona qualità; elevata produttività.

Svantaggi

• Richieste alcune operazioni di finitura; finitura abbastanza grossolana; tolleranze ampie.
• Dimensioni del pezzo limitate; richiesti modelli e attrezzature costosi.
• I modelli hanno bassa resistenza meccanica e possono essere costosi quando in numero limitato.
• Limitato a metalli non ferrosi; dimensioni e volumi produttivi limitati; tempo per realizzare la forma abbastanza lungo.
• Dimensioni del pezzo limitate; modelli, forme e manodopera dai costi elevati.
• Elevati costi delle forme; forme dalla complessità limitata; non adatto per metalli a elevato punto di fusione.
• Elevati costi delle forme; forme dalla complessità limitata; generalmente limitato a metalli non ferrosi; lunghi tempi di attraversamento.
• Attrezzature costose; forme dalla complessità limitata.

Confronto economico fra processi di fabbricazione per fusione:

IPOTESI:

• tagliente rettilineo e ortogonale alla direzione di taglio (velocità di taglio v_c);
• utensile più largo del pezzo (truciolo non vincolato lateralmente)
• spessore di taglio (h_D) << larghezza di taglio (b).

Se sono valide le ipotesi prima indicate allora è possibile studiare il processo in un piano (sezione HKLM).

Truciolo

Utensile

Pezzo

Temperatura (°C)

Ipotesi:

• tensione tangenziale media sul piano di scorrimento costante;
• attrito costante;
• no tagliente di riporto (velocità di taglio sufficiente per evitarlo).

L'angolo di scorrimento φ assume un valore che minimizza l'energia spesa per il taglio (W_c).

Quindi, detta L_c la lunghezza della lavorazione, si ricava:

W_c = F_c · L_c = _{τshAD cos(β − γ0)}/^{sin φ cos(φ + β − γ₀)} · L_c

_∂Wc/^∂φ = 0

Modello per la determinazione dell’angolo di scorrimento (φ)

_∂Wc/^∂φ = _∂/^∂φ [_{τshAD cos(β − γ0)}/^{sin φ cos(φ + β − γ₀)} · L_c] = 0

τ_shA_D cos(β − γ₀) · L_c · _∂/^∂φ [₁/^{sin φ cos(φ + β − γ₀)}] = 0

_∂/^∂φ [₁/^{sin φ cos(φ + β − γ₀)}] = _{cos φ cos(φ + β − γ0) − sin φ sin(φ + β − γ0)}/^{[sin φ cos(φ + β − γ₀)]2} = 0

cos(φ + φ + β − γ₀) = 0 = cos^π/₂

2φ + β − γ₀ = ^π/₂ ⇒ φ = ^π/₄ + ¹/₂(γ₀ − β)